IllustrisTNGプロジェクトの最初の結果は3つの別々の研究で発表されており、ブラックホールが宇宙を形成する方法、および銀河がどのように形成および成長するかに新たな光を当てています。 IllustrisTNGプロジェクトは、「次世代の宇宙流体力学シミュレーション」と名乗っています。プロジェクトは私たちの宇宙の大規模な流体力学的シミュレーションの進行中のシリーズです。その目標は、銀河の形成を促進する物理的プロセスを理解することです。
IllustriousTNGの中心にあるのは、世界で最も強力なスーパーコンピューターの1つである、ドイツのシュトゥットガルトにある高性能コンピューティングセンターにあるHazel Henマシンで実行される、最先端の宇宙数値モデルです。ヘーゼルヘンはドイツで最も速いコンピューターであり、世界で19番目に速いコンピューターです。
私たちの現在の宇宙論モデルは、宇宙の質量エネルギー密度が暗黒物質と暗黒エネルギーによって支配されていることを示唆しています。どちらも観測できないため、このモデルをテストする唯一の方法は、星、拡散ガス、ブラックホールの降着など、目に見えるものの構造について正確な予測を行うことです。これらの目に見えるものは、シート、フィラメント、およびボイドの宇宙ウェブに編成されます。これらの内部には、宇宙構造の基本単位である銀河があります。銀河の構造に関するアイデアをテストするには、詳細で現実的なシミュレートされた銀河を作成し、それらを実際のものと比較する必要があります。
アメリカとドイツの天体物理学者たちは、IllustrisTNGを使用して独自の宇宙を作成し、詳細に研究することができました。 IllustrisTNGは実際の宇宙の観測と非常に強く相関していますが、科学者は私たち自身の宇宙では覆い隠されているものを見ることができます。これは、これまでにいくつかの非常に興味深い結果につながり、宇宙論や天体物理学におけるいくつかの大きな質問への回答に役立っています。
銀河が中心に超大質量ブラックホール（SMBH）をホストしていることがわかって以来、銀河は銀河の進化、そしておそらくはその形成に大きな影響を与えると広く信じられてきました。それが明らかに質問につながりました：これらのSMBHは、それらをホストする銀河にどのように影響しますか？輝かしいTNGがこれに答えるために着手し、Max Planck Institute for AstrophysicsのDylan Nelson博士による論文は、「銀河の色遷移の主な要因は、低降着状態での超大質量ブラックホールフィードバックである」ことを示しています。
「私たちの大きな楕円銀河の星形成を消すことができる唯一の物理的実体は、それらの中心にある超巨大ブラックホールです。」 – Dylan Nelson博士、Max Planck Institute for Astrophysics、
まだ星形成段階にある銀河は、若い星の青い光で明るく輝いています。その後、何かが変化し、星の形成が終了します。その後、銀河は古い赤い星に支配され、銀河は「赤くて死んだ」銀河でいっぱいの墓地に加わります。ネルソンが説明するように、「私たちの大きな楕円銀河の星形成を消すことができる唯一の物理的実体は、それらの中心にある超巨大ブラックホールです。」しかし、彼らはそれをどのように行うのでしょうか？
ネルソンと彼の同僚は、それが低降着状態での超大質量ブラックホールフィードバックに起因していると考えています。つまり、ブラックホールが通過すると、星形成ガスと塵を銀河から吹き飛ばす風または衝撃波が発生します。これは将来の星の形成を制限します。既存の星は古くなり、赤くなり、新しい青い星はほとんど形成されません。
小さな銀河が合流すると大きな銀河が形成されると長い間考えられてきました。銀河が大きくなるにつれて、その重力により、より小さな銀河が引き込まれます。これらの衝突の間に、銀河は引き裂かれます。いくつかの星は散乱し、新しいより大きな銀河の周りのハローに住み着きます。これにより、新しく作成された銀河に、星の光のかすかな背景の輝きが与えられます。しかし、これは予測であり、これらの淡い輝きは観察するのが非常に困難です。
「私たちの予測は、オブザーバーによって体系的にチェックできるようになりました。」 – Annalisa Pillepich博士（Max Planck Institute for Astrophysics）
IllustrisTNGは、このグローがどのように見えるかをより正確に予測することができました。これは、天文学者が実際の宇宙でこの淡い星の輝きを観察しようとするときに何を探すべきかについてのより良い考えを与えます。 「私たちの予測は、オブザーバーによって体系的にチェックできるようになりました」と、IlllustrisTNG研究を先導したAnnalisa Pillepich（MPIA）博士は指摘します。 「これは、階層的な銀河形成の理論モデルの重要なテストをもたらします。」
IllustrisTNGは、進行中の一連のシミュレーションです。これまでのところ、IllustrisTNGの実行は3回あり、それぞれが前の実行よりも大きなシミュレーションを作成しています。それらはTNG 50、TNG 100、およびTNG 300です。TNG300はTNG50よりもはるかに大きく、より広い領域を調査できるため、大規模構造に関する手掛かりが明らかになります。 TNG50ははるかに小さいですが、はるかに正確なディテールがあります。銀河の構造特性と銀河の周りのガスの詳細な構造をより詳細に見ることができます。 TNG100は真ん中のどこかにあります。
IllustrisTNGは、最初の宇宙流体力学シミュレーションではありません。その他には、Eagle、Horizon-AGN、IllustrisTNGの前身であるIllustrisがあります。彼らは、これらの予測理論モデルがいかに強力であるかを示しました。私たちのコンピューターがより強力になり、物理学と宇宙論に対する私たちの理解がそれらと共に成長するにつれて、これらのタイプのシミュレーションはより大きく、より詳細な結果を生み出します。
